مکانیسم های واکنش های شیمیایی در شیمی آلی. طبقه بندی واکنش های آلی و مکانیسم های آنها

سیستم های طبقه بندی متفاوتی برای واکنش های آلی وجود دارد که بر اساس ویژگی های مختلف است. از جمله آنها طبقه بندی های زیر است:

• توسط نتیجه نهایی واکنش، یعنی تغییر در ساختار بستر.
• توسط مکانیسم واکنشیعنی از نظر نوع شکستگی باند و نوع معرفها.

موادی که در یک واکنش آلی برهم کنش دارند به دو دسته تقسیم می شوند معرفو لایه. در این حالت معرف برای حمله به بستر در نظر گرفته می شود.

تعریف

معرف- ماده ای که بر روی یک جسم - یک بستر - اثر می کند و باعث تغییر پیوند شیمیایی در آن می شود. معرف ها به رادیکال، الکتروفیل و هسته دوست تقسیم می شوند.

تعریف

لایه، عموماً مولکولی است که اتم کربن را برای پیوند جدید فراهم می کند.

طبقه بندی واکنش ها با توجه به نتیجه نهایی (تغییر در ساختار بستر)

در شیمی آلی، با توجه به نتیجه نهایی و تغییر در ساختار بستر، چهار نوع واکنش متمایز می شود: اضافه کردن، جایگزینی، جدا شدن،یا حذف(از انگلیسی برای از بین بردن- حذف، تقسیم کردن)، و بازآرایی (ایزومریزاسیون)). این طبقه بندی مشابه طبقه بندی واکنش ها در شیمی معدنی بر اساس تعداد معرف های اولیه و مواد حاصله، با یا بدون تغییر در ترکیب است. طبقه بندی با توجه به نتیجه نهایی بر اساس معیارهای رسمی است، زیرا معادله استوکیومتری، به عنوان یک قاعده، مکانیسم واکنش را منعکس نمی کند. بیایید انواع واکنش ها را در شیمی معدنی و آلی با هم مقایسه کنیم.

نوع واکنش در شیمی معدنی	مثال	نوع واکنش در شیمی آلی	تنوع و مثال واکنش ها
1. اتصال	سی ل2 + اچ2 = 2 H C l	پیوستن با چندین اتصال	هیدروژناسیون
			هیدروهالوژناسیون
			هالوژناسیون
			هیدراتاسیون
2. تجزیه	2 اچ2 O=2 اچ2 + O2	حذف	هیدروژن زدایی
			هیدروهالوژناسیون
			هالوژن زدایی
			کم آبی بدن
3. تعویض	Z n + 2 H C l =ZnCl2+H2	تعویض
4. تبادل (مورد خاص - خنثی سازی)	اچ2 اس O4 + 2 N a O H=N a 2 S O 4 + 2 H 2 O	مورد خاص - استریفیکاسیون
5. آلوتروپیزاسیون	گرافیت ⇔ الماس پقرمز⇔ پسفید P قرمز ⇔ P سفید اسلوزی⇔ اسپلاست. Srhomb.⇔اسپلاستیک	ایزومریزاسیون	ایزومریزاسیون آلکان ها

ن) بدون جایگزینی آنها با دیگران.

بسته به اینکه کدام اتم ها تقسیم می شوند - اتم های همسایه سی–سییا توسط دو یا سه یا چند اتم کربن جدا شده است - سی–C–C– سی–, –سی–C–C–C– سی–، ترکیبات می توانند با اوراق قرضه متعددو یا ترکیبات حلقوی. حذف هالیدهای هیدروژن از آلکیل هالیدها یا آب از الکل ها طبق قانون زایتسف انجام می شود.

تعریف

حکومت زایتسف: یک اتم هیدروژن H از کمترین اتم کربن هیدروژنه حذف می شود.

به عنوان مثال، حذف یک مولکول هیدروژن برومید از اتم های همسایه در حضور یک قلیایی رخ می دهد و در نتیجه سدیم برومید و آب تشکیل می شود.

تعریف

گروه بندی مجدد- یک واکنش شیمیایی که منجر به تغییر در آرایش نسبی اتم ها در یک مولکول، حرکت پیوندهای متعدد یا تغییر در تعدد آنها می شود.

بازآرایی می تواند با حفظ ترکیب اتمی مولکول (ایزومریزاسیون) یا تغییر آن انجام شود.

تعریف

ایزومریزاسیون- یک مورد خاص از یک واکنش بازآرایی که منجر به تبدیل یک ترکیب شیمیایی به یک ایزومر از طریق تغییر ساختاری در اسکلت کربن می شود.

بازآرایی همچنین می تواند توسط یک مکانیسم همولیتیک یا هترولیتیک رخ دهد. بازآرایی‌های مولکولی را می‌توان بر اساس معیارهای مختلفی طبقه‌بندی کرد، به‌عنوان مثال، با اشباع سیستم‌ها، ماهیت گروه مهاجرت، بر اساس ویژگی‌های استریو و غیره.

واکنش های ایزومریزاسیون به طور گسترده در فرآیندهای صنعتی مانند پالایش نفت برای افزایش عدد اکتان بنزین استفاده می شود. یک مثال از ایزومریزاسیون تبدیل است n-اکتان به ایزواکتان:

طبقه بندی واکنش های آلی بر اساس نوع معرف

قطع اتصال

شکاف پیوند در ترکیبات آلی می تواند همولیتیک یا هترولیتیک باشد.

تعریف

شکاف باند همولیتیک- این شکافی است که در نتیجه هر اتم یک الکترون جفت نشده دریافت می کند و دو ذره تشکیل می شود که ساختار الکترونیکی مشابهی دارند - آزاد رادیکال ها.

شکست همولیتیک مشخصه غیر قطبی یا ضعیف قطبی استپیوندهایی مانند C-C، Cl-Cl، C-H و به مقدار زیادی انرژی نیاز دارد.

رادیکال های حاصل که دارای یک الکترون جفت نشده هستند، بسیار واکنش پذیر هستند، بنابراین فرآیندهای شیمیایی که با مشارکت چنین ذرات اتفاق می افتد اغلب ماهیت "زنجیره ای" دارند، کنترل آنها دشوار است و واکنش منجر به مجموعه ای از محصولات جایگزین می شود. . بنابراین، هنگامی که متان کلر می شود، محصولات جایگزین کلرومتان هستند سی اچ3 C l CH3Cl، دی کلرومتان سی اچ2 سی ل2 CH2Cl2، کلروفرم C H C ل3 CHCl3و تتراکلرید کربن سی سی ل4 CCl4. واکنش های مربوط به رادیکال های آزاد از طریق مکانیسم تبادلی تشکیل پیوندهای شیمیایی انجام می شود.

رادیکال‌هایی که در طول چنین شکاف پیوندی ایجاد می‌شوند باعث می‌شوند مکانیسم رادیکالسیر واکنش واکنش‌های رادیکال معمولاً در دماهای بالا یا تشعشع (مثلاً نور) رخ می‌دهند.

رادیکال های آزاد به دلیل واکنش پذیری بالایی که دارند می توانند تاثیر منفی بر بدن انسان بگذارند، غشاهای سلولی را از بین ببرند، DNA را تحت تاثیر قرار دهند و باعث پیری زودرس شوند. این فرآیندها در درجه اول با پراکسیداسیون لیپیدی، یعنی تخریب ساختار اسیدهای چند غیراشباع که چربی را در داخل غشای سلولی تشکیل می دهند، مرتبط هستند.

تعریف

شکست پیوند هترولیتیک- این شکافی است که در آن یک جفت الکترون با یک اتم الکترونگاتیو تر باقی می ماند و دو ذره باردار تشکیل می شود - یون: یک کاتیون (مثبت) و یک آنیون (منفی).

در واکنش های شیمیایی، این ذرات عملکردهای " نوکلئوفیل ها"("فیل" - از gr. عاشق بودن) و " الکتروفیل ها"، تشکیل یک پیوند شیمیایی با شریک واکنش مطابق مکانیسم دهنده-گیرنده. ذرات نوکلئوفیل یک جفت الکترون را برای تشکیل یک پیوند جدید فراهم می کنند. به عبارت دیگر،

تعریف

هسته دوست- یک معرف شیمیایی غنی از الکترون که قادر به تعامل با ترکیبات دارای کمبود الکترون است.

نمونه هایی از نوکلئوفیل ها هر آنیون هستند ( سی ل− , من− ، ن O− 3 Cl-,I-,NO3-و غیره)، و همچنین ترکیباتی که دارای یک جفت الکترون تنها هستند ( ن اچ3 , اچ2 O NH3، H2O).

بنابراین، هنگامی که یک پیوند شکسته می شود، رادیکال ها یا هسته دوست ها و الکتروفیل ها می توانند تشکیل شوند. بر این اساس، سه مکانیسم واکنش های آلی رخ می دهد.

مکانیسم های واکنش های آلی

مکانیسم رادیکال های آزاد: واکنش توسط رادیکال های آزاد شروع می شود که زمانی تشکیل می شوند پارگی همولیتیکپیوندها در یک مولکول

معمولی ترین گزینه تشکیل رادیکال های کلر یا برم در طول تابش اشعه ماوراء بنفش است.

1. جایگزینی رادیکال های آزاد

متان برمومتان

شروع زنجیره ای

رشد زنجیره ای

مدار باز

2. افزودن رادیکال آزاد

اتن پلی اتیلن

مکانیسم الکتروفیلیک: واکنش با ذرات الکتروفیل شروع می شود که در نتیجه بار مثبت دریافت می کنند پارگی هترولیتیکارتباطات تمام الکتروفیل ها اسید لوئیس هستند.

چنین ذرات به طور فعال تحت تأثیر تشکیل می شوند اسیدهای لوئیسکه باعث افزایش بار مثبت ذره می شود. اغلب استفاده می شود A l C ل3 ، F e C ل3 ، F e B r3 ، روی ل2 AlCl3، FeCl3، FeBr3، ZnCl2، عملکرد یک کاتالیزور را انجام می دهد.

محل حمله ذره الکتروفیل آن بخش‌هایی از مولکول است که چگالی الکترون آن‌ها افزایش یافته است، یعنی پیوند چندگانه و حلقه بنزن.

شکل کلی واکنش های جایگزینی الکتروفیل را می توان با معادله زیر بیان کرد:

1. جایگزینی الکتروفیلیک

بنزن بروموبنزن

2. اتصال الکتروفیلیک

پروپن 2-برومپروپان

پروپین 1،2-دی کلروپروپن

افزودن هیدروکربن های غیر متقارن غیر اشباع مطابق با قانون مارکوفنیکوف اتفاق می افتد.

تعریف

قانون مارکوفنیکف:علاوه بر آلکن‌های نامتقارن مولکول‌های مواد پیچیده با فرمول شرطی HX (که در آن X یک اتم هالوژن یا گروه هیدروکسیل OH– است)، اتم هیدروژن در پیوند دوگانه به هیدروژنه‌ترین (حاوی بیشترین اتم‌های هیدروژن) اتم کربن اضافه می‌شود. و X به کمترین میزان هیدروژنه شده است.

به عنوان مثال، افزودن هیدروژن کلرید HCl به یک مولکول پروپن سی اچ3 – C H = C اچ2 CH3–CH=CH2.

واکنش با مکانیسم افزودن الکتروفیلیک انجام می شود. به دلیل تأثیر الکترون دهنده سی اچ3 CH3-گروه، چگالی الکترون در مولکول بستر به اتم کربن مرکزی (اثر القایی) و سپس در امتداد سیستم پیوندهای دوگانه - به اتم کربن نهایی منتقل می شود. سی اچ2 CH2-گروه ها (اثر مزومریک). بنابراین، بار منفی اضافی دقیقاً روی این اتم قرار می گیرد. بنابراین، حمله با پروتون هیدروژن آغاز می شود اچ+ H+، که یک ذره الکتروفیل است. یک یون کاربن با بار مثبت تشکیل می شود [سی اچ3 - C H - C اچ3 ] + + ، که آنیون کلر به آن اضافه می شود سی ل− Cl−.

تعریف

استثنائات قانون مارکوفنیکف:اگر واکنش شامل ترکیباتی باشد که در آن اتم کربن مجاور اتم کربن پیوند دوگانه تا حدی چگالی الکترون را جذب کند، یعنی در حضور جانشین‌هایی که اثر الکترون‌کشی قابل‌توجهی از خود نشان می‌دهند، واکنش اضافه برخلاف قانون مارکوفنیکف انجام می‌شود. (-C C ل3 , – C N , – C O O H(–CCl3،–CN،–COOHو غیره.).

مکانیسم هسته دوست: واکنش با ذرات نوکلئوفیل با بار منفی شروع می شود که در نتیجه تشکیل می شوند پارگی هترولیتیکارتباطات همه هسته دوست ها - پایه های لوئیس.

در واکنش های هسته دوست، معرف (هسته دوست) دارای یک جفت الکترون آزاد بر روی یکی از اتم ها است و یک مولکول یا آنیون خنثی است. H a ل– ، O اچ– ، آر O− ، آر اس– ، R C O O– , آر– , C N – , اچ2 O، R O H، N اچ3 ، آر ن اچ2 Hal–،OH–،RO–،RS–،RCOO–،R–،CN–،H2O،ROH،NH3،RNH2و غیره.).

هسته دوست به اتم در بستر با کمترین چگالی الکترون (یعنی با بار مثبت جزئی یا کامل) حمله می کند. اولین مرحله در واکنش جانشینی نوکلئوفیل، یونیزاسیون سوبسترا برای تشکیل کربوکاتیون است. در این حالت، یک پیوند جدید به دلیل جفت الکترونی هسته دوست تشکیل می شود و پیوند قدیمی دچار شکاف هترولیتیک و به دنبال آن حذف کاتیون می شود. نمونه ای از یک واکنش هسته دوست، جایگزینی هسته دوست (نماد اسن SN) در یک اتم کربن اشباع، برای مثال هیدرولیز قلیایی مشتقات برومو.

1. جایگزینی هسته دوست

2. افزودن هسته دوست

اتانال سیانوهیدرین

منبع http://foxford.ru/wiki/himiya

واکنش های مواد آلی را می توان به طور رسمی به چهار نوع اصلی تقسیم کرد: جایگزینی، افزودن، حذف (حذف) و بازآرایی (ایزومریزاسیون). بدیهی است که کل انواع واکنش های ترکیبات آلی را نمی توان به طبقه بندی پیشنهادی کاهش داد (به عنوان مثال، واکنش های احتراق). با این حال، چنین طبقه بندی به ایجاد قیاس با واکنش هایی که بین مواد معدنی که قبلاً برای شما آشنا هستند رخ می دهد کمک می کند.

به طور معمول، ترکیب آلی اصلی درگیر در واکنش نامیده می شود لایه، و جزء واکنش دیگر به طور معمول به عنوان در نظر گرفته می شود معرف.

واکنش های جایگزینی

واکنش های جایگزینی- اینها واکنش هایی هستند که منجر به جایگزینی یک اتم یا گروهی از اتم ها در مولکول اصلی (سوبسترا) با اتم ها یا گروه هایی از اتم های دیگر می شود.

واکنش های جایگزینی شامل ترکیبات اشباع و معطر مانند آلکان ها، سیکلوآلکان ها یا آرن ها می شود. اجازه دهید نمونه هایی از این گونه واکنش ها را بیان کنیم.

تحت تأثیر نور، اتم های هیدروژن در یک مولکول متان را می توان با اتم های هالوژن، به عنوان مثال، با اتم های کلر جایگزین کرد:

مثال دیگری از جایگزینی هیدروژن با هالوژن، تبدیل بنزن به برموبنزن است:

معادله این واکنش را می توان متفاوت نوشت:

با این شکل نوشتن، معرف ها، کاتالیزور و شرایط واکنش در بالای فلش و محصولات واکنش معدنی در زیر آن نوشته می شود.

در نتیجه واکنش ها جایگزینی در مواد آلی ساده و پیچیده نیست مواد، مانند شیمی معدنی، و دو مواد پیچیده

واکنش های افزایشی

واکنش های افزایشی- اینها واکنش هایی هستند که در نتیجه آنها دو یا چند مولکول از مواد واکنش دهنده در یک مولکول ترکیب می شوند.

ترکیبات غیراشباع مانند آلکن ها یا آلکین ها تحت واکنش های افزودن قرار می گیرند. بسته به اینکه کدام مولکول به عنوان یک معرف عمل می کند، هیدروژناسیون (یا کاهش)، هالوژناسیون، هیدروهالوژناسیون، هیدراتاسیون و سایر واکنش های افزودنی متمایز می شوند. هر کدام از آنها شرایط خاصی را می طلبد.

1.هیدروژناسیون- واکنش افزودن یک مولکول هیدروژن از طریق یک پیوند چندگانه:

2. هیدروهالوژناسیون- واکنش افزودن هالید هیدروژن (هیدروکلرینه):

3. هالوژناسیون- واکنش افزودن هالوژن:

4.بسپارش- نوع خاصی از واکنش افزودن که در آن مولکول های یک ماده با وزن مولکولی کوچک با یکدیگر ترکیب می شوند و مولکول های یک ماده با وزن مولکولی بسیار بالا - ماکرومولکول ها را تشکیل می دهند.

واکنش‌های پلیمریزاسیون فرآیندهای ترکیب بسیاری از مولکول‌های یک ماده با وزن مولکولی کم (مونومر) به مولکول‌های بزرگ (ماکرو مولکول‌های) یک پلیمر هستند.

نمونه ای از واکنش پلیمریزاسیون، تولید پلی اتیلن از اتیلن (اتن) تحت تاثیر اشعه ماوراء بنفش و آغازگر پلیمریزاسیون رادیکال R است.

پیوند کووالانسی که مشخصه‌ترین ترکیبات آلی است، زمانی تشکیل می‌شود که اوربیتال‌های اتمی روی هم قرار می‌گیرند و جفت‌های الکترون مشترک تشکیل می‌شوند. در نتیجه یک اوربیتال مشترک بین دو اتم تشکیل می شود که در آن یک جفت الکترون مشترک قرار دارد. هنگامی که یک پیوند شکسته می شود، سرنوشت این الکترون های مشترک می تواند متفاوت باشد.

انواع ذرات واکنش پذیر

یک اوربیتال با یک الکترون جفت نشده متعلق به یک اتم می تواند با اوربیتال اتم دیگری که حاوی یک الکترون جفت نشده نیز باشد همپوشانی داشته باشد. در این مورد، یک پیوند کووالانسی با توجه به مکانیسم تبادل تشکیل می شود:

مکانیسم تبادل برای تشکیل پیوند کووالانسی در صورتی محقق می شود که یک جفت الکترون مشترک از الکترون های جفت نشده متعلق به اتم های مختلف تشکیل شود.

فرآیند مخالف تشکیل پیوند کووالانسی توسط مکانیسم تبادل، شکست پیوند است که در آن یک الکترون به هر اتم از دست می‌رود (). در نتیجه دو ذره بدون بار با الکترون های جفت نشده تشکیل می شوند:

به چنین ذرات رادیکال های آزاد می گویند.

رادیکال های آزاد- اتم ها یا گروه هایی از اتم ها که الکترون های جفت نشده دارند.

واکنش های رادیکال آزاد- اینها واکنش هایی هستند که تحت تأثیر و با مشارکت رادیکال های آزاد رخ می دهند.

در درس شیمی معدنی، اینها واکنش های هیدروژن با اکسیژن، هالوژن ها و واکنش های احتراق هستند. واکنش های این نوع با سرعت بالا و انتشار مقادیر زیادی گرما مشخص می شود.

پیوند کووالانسی نیز می تواند توسط مکانیسم دهنده-گیرنده تشکیل شود. یکی از اوربیتال های یک اتم (یا آنیون) که دارای یک جفت تک الکترون است با اوربیتال خالی اتم (یا کاتیون) دیگر که دارای اوربیتال خالی است همپوشانی دارد و پیوند کووالانسی تشکیل می شود، برای مثال:

گسیختگی پیوند کووالانسی منجر به تشکیل ذرات باردار مثبت و منفی می شود. از آنجایی که در این حالت هر دو الکترون از یک جفت الکترون مشترک با یکی از اتم ها باقی می مانند، اتم دیگر دارای یک اوربیتال پر نشده است:

بیایید تفکیک الکترولیتی اسیدها را در نظر بگیریم:

به راحتی می توان حدس زد که ذره ای که دارای یک جفت الکترون R: - یعنی یک یون با بار منفی است، به سمت اتم های دارای بار مثبت یا اتم هایی که حداقل یک بار مثبت جزئی یا موثر روی آنها وجود دارد جذب می شود.
ذرات دارای جفت الکترون تنها نامیده می شوند عوامل هسته دوست (هسته- "هسته"، بخشی با بار مثبت از یک اتم)، یعنی "دوستان" هسته، یک بار مثبت.

هسته دوست ها(شماره) - آنیون‌ها یا مولکول‌هایی که دارای یک جفت الکترون هستند که با بخش‌هایی از مولکول‌ها که دارای بار مثبت مؤثر هستند برهمکنش می‌کنند.

نمونه هایی از نوکلئوفیل ها: Cl - (یون کلرید)، OH - (آنیون هیدروکسید)، CH 3 O - (آنیون متوکسید)، CH 3 COO - (آنیون استات).

ذراتی که دارای یک اوربیتال پر نشده هستند، برعکس، تمایل به پر کردن آن خواهند داشت و بنابراین، به بخش هایی از مولکول ها جذب می شوند که دارای چگالی الکترونی افزایش یافته، بار منفی و یک جفت الکترون تک هستند. آنها الکتروفیل ها، "دوستان" الکترون، بار منفی یا ذرات با چگالی الکترون افزایش یافته هستند.

الکتروفیل ها- کاتیون ها یا مولکول هایی که دارای یک اوربیتال الکترونی پر نشده هستند و تمایل دارند آن را با الکترون پر کنند، زیرا این امر منجر به پیکربندی الکترونیکی مطلوب اتم می شود.

هیچ ذره ای الکتروفیل با اوربیتال پر نشده نیست. به عنوان مثال، کاتیون‌های فلز قلیایی دارای پیکربندی گازهای بی‌اثر هستند و تمایلی به کسب الکترون ندارند، زیرا مقدار کمی دارند. میل ترکیبی الکترون
از اینجا می توان نتیجه گرفت که علیرغم وجود یک اوربیتال پر نشده، چنین ذراتی الکتروفیل نخواهند بود.

مکانیسم های واکنش اولیه

سه نوع اصلی از ذرات واکنش دهنده شناسایی شده است - رادیکال های آزاد، الکتروفیل ها، هسته دوست ها - و سه نوع مکانیسم واکنش مربوطه:

• رادیکال آزاد؛
• الکتروفیلیک؛
• صفر دوست

علاوه بر طبقه بندی واکنش ها بر اساس نوع ذرات واکنش دهنده، در شیمی آلی چهار نوع واکنش بر اساس اصل تغییر ترکیب مولکول ها متمایز می شود: افزودن، جایگزینی، جدا شدن یا حذف (از انگلیسی. به از بین بردن- حذف، تقسیم کردن) و تنظیم مجدد. از آنجایی که افزودن و جایگزینی می‌تواند تحت تأثیر هر سه نوع گونه‌های واکنش‌پذیر رخ دهد، چندین گونه را می‌توان تشخیص داد اصلیمکانیسم های واکنش ها

علاوه بر این، ما واکنش های حذفی را که تحت تأثیر ذرات هسته دوست - بازها رخ می دهد در نظر خواهیم گرفت.
6. حذف:

یکی از ویژگی های متمایز آلکن ها (هیدروکربن های غیر اشباع) توانایی آنها برای انجام واکنش های افزودنی است. بیشتر این واکنش ها با مکانیسم افزودن الکتروفیلیک انجام می شود.

هیدروهالوژناسیون (افزودن هالوژن هیدروژن):

هنگامی که یک هالید هیدروژن به یک آلکن اضافه می شود هیدروژن به هیدروژنه تر اضافه می کند اتم کربن، یعنی اتمی که در آن اتم های بیشتری وجود دارد هیدروژن، و هالوژن - به کمتر هیدروژنه.

هنگامی که اوربیتال های اتمی روی هم قرار می گیرند و جفت های الکترون مشترک تشکیل می شوند، تشکیل می شود. در نتیجه یک اوربیتال مشترک بین دو اتم تشکیل می شود که حاوی یک جفت الکترون مشترک است. هنگامی که یک پیوند شکسته می شود، سرنوشت این الکترون های مشترک می تواند متفاوت باشد.

مکانیسم تبادل تشکیل پیوند کووالانسی شکاف باند همولیتیک

یک اوربیتال با یک الکترون جفت نشده متعلق به یک اتم می تواند با اوربیتال اتم دیگری که حاوی یک الکترون جفت نشده نیز باشد همپوشانی داشته باشد. در این مورد، یک پیوند کووالانسی با توجه به مکانیسم تبادل تشکیل می شود:

N· + ·N -> N: N یا N-N

مکانیسم تبادل برای تشکیل پیوند کووالانسی در صورتی محقق می شود که یک جفت الکترون مشترک از الکترون های جفت نشده متعلق به اتم های مختلف تشکیل شود.

فرآيند مخالف تشكيل پيوند كووالانسي توسط مكانيسم تبادل، شكاف پيوند است كه در آن يك الكترون به هر اتم از دست مي‌رود. در نتیجه دو ذره بدون بار با الکترون های جفت نشده تشکیل می شوند:

به چنین ذرات رادیکال های آزاد می گویند.

رادیکال های آزاد- اتم ها یا گروه هایی از اتم ها که الکترون های جفت نشده دارند.

مکانیسم شکست پیوند کووالانسی، که در آن رادیکال‌های آزاد تشکیل می‌شوند، همولیتیک یا همولیز نامیده می‌شود (همو - یکسان، یعنی این نوع شکست پیوند منجر به تشکیل ذرات یکسان می‌شود).

واکنش هایی که تحت تاثیر و با مشارکت رادیکال های آزاد رخ می دهد نامیده می شود واکنش های رادیکال آزاد

آنیون هیدروکسیل به اتم کربن جذب می شود (به اتم کربن حمله می کند) که بار مثبت جزئی روی آن متمرکز شده است و جایگزین برم یا به طور دقیق تر آنیون برمید می شود.

در مولکول 1-کلروپروپان، جفت الکترون در پیوند C-Cl به دلیل الکترونگاتیوی بیشتر به سمت اتم کلر منتقل می شود. در این حالت، اتم کربن که یک بار مثبت جزئی (§+) دریافت کرده است، الکترون‌ها را از اتم کربن مرتبط می‌گیرد که به نوبه خود از موارد زیر می‌گیرد:

بنابراین، اثر القایی از طریق مدار منتقل می شود، اما به سرعت محو می شود: عملاً پس از سه اتصال st مشاهده نمی شود.

بیایید واکنش دیگری را در نظر بگیریم - افزودن هیدروژن برومید به اتن:

CH2=CH2 + HBr -> CH3-CH2Br

در مرحله اولیه این واکنش، یک کاتیون هیدروژن به یک مولکول حاوی یک پیوند چندگانه اضافه می شود:

CH2=CH2 + H+ -> CH2-CH3

الکترون‌های پیوند n به یک اتم کربن جابه‌جا شدند و الکترون‌های همسایه بار مثبت داشتند، یک اوربیتال پر نشده.

پایداری چنین ذرات با میزان جبران بار مثبت اتم کربن تعیین می شود. این جبران به دلیل تغییر در چگالی الکترونی پیوند a به سمت اتم کربن با بار مثبت، یعنی یک اثر القایی مثبت (1+) رخ می‌دهد.

گروه اتم ها، در این مورد گروه متیل، که چگالی الکترون از آن گرفته می شود، دارای اثر دهنده است که به آن 1+ می گویند.

اثر مزومریک روش دیگری وجود دارد که برخی اتم ها یا گروه ها بر دیگران تأثیر می گذارند - اثر مزومریک یا اثر مزدوج.

مولکول 1،3 بوتادین را در نظر بگیرید:

CH2=CH CH=CH2

معلوم می شود که پیوندهای دوگانه در این مولکول فقط دو پیوند دوگانه نیستند! از آنجایی که آنها در نزدیکی هستند، همپوشانی وجود دارد پ- پیوندهایی که در پیوندهای دوگانه همسایه قرار دارند و یک پیوند مشترک برای هر چهار اتم کربن تشکیل می شود پ-ابر الکترونی در این صورت سیستم (مولکول) پایدارتر می شود. این پدیده صرف نامیده می شود (در این مورد پ - پ- جفت شدن).

همپوشانی اضافی، ترکیب پیوندهای n که توسط یک پیوند o از هم جدا شده اند، منجر به "میانگین" شدن آنها می شود. پیوند ساده مرکزی یک ویژگی "دوگانه" جزئی پیدا می کند، قوی تر و کوتاه تر می شود و پیوندهای دوگانه تا حدودی ضعیف و طولانی می شوند.

مثال دیگری از صرف، تأثیر یک پیوند دوگانه بر روی اتمی است که دارای یک جفت تک الکترون است.

بنابراین، برای مثال، هنگامی که یک اسید کربوکسیلیک تجزیه می شود، جفت الکترون تنها روی اتم اکسیژن باقی می ماند:

این منجر به افزایش پایداری آنیون تشکیل شده در حین تفکیک و افزایش قدرت اسید می شود.

تغییر چگالی الکترون در سیستم‌های مزدوج شامل پیوندهای n یا جفت الکترون تنها اثر مزومریک (M) نامیده می‌شود.

مکانیسم های واکنش اولیه

ما سه نوع اصلی ذرات واکنش دهنده را شناسایی کرده ایم - رادیکال های آزاد، الکتروفیل ها، هسته دوست ها و سه نوع مکانیسم واکنش مربوطه:

رادیکال های آزاد؛
الکتروفیلیک؛
هسته دوست

علاوه بر طبقه‌بندی واکنش‌ها بر اساس نوع ذرات واکنش‌دهنده، در شیمی آلی چهار نوع واکنش بر اساس اصل تغییر ترکیب مولکول‌ها وجود دارد: افزودن، جایگزینی، حذف یا حذف (از انگلیسی به حذف - حذف، تقسیم خاموش)، و بازآرایی. از آنجایی که افزودن و جایگزینی می تواند تحت تأثیر هر سه نوع ذرات واکنشی رخ دهد، چندین مکانیسم واکنش اصلی را می توان متمایز کرد.

علاوه بر این، ما واکنش های حذف را که تحت تأثیر ذرات هسته دوست - بازها رخ می دهد، در نظر خواهیم گرفت.

1. شکاف همولیتیک و هترولیتیک یک پیوند کووالانسی چیست؟ آنها برای چه مکانیسم های تشکیل پیوند کووالانسی معمول هستند؟

2. الکتروفیل ها و هسته دوست ها به چه چیزهایی گفته می شود؟ نمونه هایی از آنها را ذکر کنید.

3. تفاوت بین اثرات مزومریک و القایی چیست؟ چگونه این پدیده ها موضع نظریه A. M. Butlerov را در مورد ساختار ترکیبات آلی در مورد تأثیر متقابل اتم ها در مولکول های مواد آلی نشان می دهند؟

4. در پرتو مفاهیم اثرات القایی و مزومری، تأثیر متقابل اتم ها در مولکول ها را در نظر بگیرید:

نتیجه گیری خود را با مثال هایی از معادلات واکنش شیمیایی پشتیبانی کنید.

محتوای درس یادداشت های درسیفن آوری های تعاملی روش های شتاب ارائه درس فریم پشتیبانی می کند تمرین کارها و تمرینات کارگاه های خودآزمایی، آموزش ها، موارد، کوئست ها سوالات بحث تکلیف سوالات بلاغی از دانش آموزان تصاویر صوتی، کلیپ های ویدئویی و چند رسانه ایعکس، عکس، گرافیک، جداول، نمودار، طنز، حکایت، جوک، کمیک، تمثیل، گفته ها، جدول کلمات متقاطع، نقل قول افزونه ها چکیده هاترفندهای مقاله برای گهواره های کنجکاو کتاب های درسی پایه و فرهنگ لغت اضافی اصطلاحات دیگر بهبود کتب درسی و دروستصحیح اشتباهات کتاب درسیبه روز رسانی یک قطعه در کتاب درسی، عناصر نوآوری در درس، جایگزینی دانش منسوخ شده با دانش جدید فقط برای معلمان درس های کاملبرنامه تقویم برای سال؛ توصیه های روش شناختی؛ برنامه های بحث و گفتگو دروس تلفیقی

CH 3 -CH 3 + Cl 2 - (hv) ---- CH 3 -CH 2 Cl + HCl

C 6 H 5 CH 3 + Cl 2 --- 500 C --- C 6 H 5 CH 2 Cl + HCl

واکنش های افزایشی

چنین واکنش هایی برای ترکیبات آلی حاوی پیوندهای متعدد (دو یا سه گانه) معمول است. واکنش های این نوع شامل واکنش های افزودن هالوژن ها، هالیدهای هیدروژن و آب به آلکن ها و آلکین ها است.

CH3 -CH=CH2 + HCl ---- CH3 -CH(Cl)-CH3

واکنش های حذف

اینها واکنش هایی هستند که منجر به تشکیل پیوندهای متعدد می شوند. هنگام حذف هالیدهای هیدروژن و آب، گزینش پذیری خاصی از واکنش مشاهده می شود که توسط قانون زایتسف توضیح داده شده است، که طبق آن یک اتم هیدروژن از اتم کربن حذف می شود که در آن اتم های هیدروژن کمتری وجود دارد. واکنش نمونه

CH3-CH(Cl)-CH2 -CH3 + KOH →CH3 -CH=CH-CH3 + HCl

پلیمریزاسیون و پلی تراکم

n(CH2 =CHCl)  (-CH2 -CHCl)n

ردوکس

شدیدترین واکنش های اکسیداتیو احتراق است، واکنشی که مشخصه همه کلاس های ترکیبات آلی است. در این حالت، بسته به شرایط احتراق، کربن به C (دوده)، CO یا CO 2 اکسید می شود و هیدروژن به آب تبدیل می شود. با این حال، برای شیمیدان‌های آلی، واکنش‌های اکسیداسیون که در شرایط بسیار ملایم‌تری نسبت به احتراق انجام می‌شوند، بسیار جالب هستند. عوامل اکسید کننده مورد استفاده: محلول های Br2 در آب یا Cl2 در CCl4. KMnO 4 در آب یا اسید رقیق؛ اکسید مس؛ هیدروکسیدهای نقره (I) یا مس (II) تازه رسوب شده.

3C 2 H 2 + 8KMnO 4 +4H 2 O→3HOOC-COOH + 8MnO 2 + 8KOH

استری کردن (و واکنش هیدرولیز معکوس آن)

R 1 COOH + HOR 2 H +  R 1 COOR 2 + H 2 O

Cycloaddition

Y R Y-R

‖ + ‖ → ǀ ǀ

R Y R-Y

‖ + →

11. طبقه بندی واکنش های آلی بر اساس مکانیسم. مثال ها.

مکانیسم واکنش شامل شرح گام به گام جزئیات واکنش های شیمیایی است. در عین حال مشخص می شود که کدام پیوندهای کووالانسی، به چه ترتیب و به چه صورت شکسته شده اند. تشکیل پیوندهای جدید در طی فرآیند واکنش نیز به دقت شرح داده شده است. هنگام بررسی مکانیسم واکنش، ابتدا به روش شکستن پیوند کووالانسی در مولکول واکنش دهنده توجه کنید. دو راه وجود دارد - همولیتیک و هترولیتیک

واکنش های رادیکالبا شکاف همولیتیک (رادیکال) یک پیوند کووالانسی ادامه دهید:

پیوندهای کووالانسی غیرقطبی یا کم قطبی (C-C، N-N، C-H) در دماهای بالا یا تحت تأثیر نور دچار شکاف رادیکالی می شوند. کربن موجود در رادیکال CH 3 دارای 7 الکترون بیرونی است (به جای یک پوسته هشتگانه پایدار در CH 4). رادیکال‌ها ناپایدار هستند؛ آنها تمایل دارند الکترون گمشده را جذب کنند (تا یک جفت یا تا یک هشت). یکی از راه‌های تشکیل محصولات پایدار، دیمریزاسیون (ترکیب دو رادیکال) است:

CH 3 + CH 3 CH 3 : CH 3،

N + N N : ن.

واکنش های رادیکال - اینها برای مثال، واکنش های کلرزنی، برم زایی و نیتراسیون آلکان ها هستند:

واکنش های یونی با شکست پیوند هترولیتیک رخ می دهد. در این حالت، یون های آلی کوتاه مدت - کربوکاتیون ها و کربنیون ها - با بار روی اتم کربن به طور متوسط ​​تشکیل می شوند. در واکنش‌های یونی، جفت الکترون پیوندی جدا نمی‌شود، بلکه به طور کامل به یکی از اتم‌ها می‌رود و آن را به آنیون تبدیل می‌کند:

پیوندهای قطبی قوی (H-O، C-O) و به راحتی قابل قطبش (C-Br، C-I) مستعد برش هترولیتیک هستند.

تمیز دادن واکنش های هسته دوست (هسته دوست– به دنبال هسته، مکانی با کمبود الکترون) و واکنش های الکتروفیلیک (الکتروفیل- در جستجوی الکترون ها). این جمله که یک واکنش خاص هسته دوست یا الکتروفیل است همیشه به معرف اشاره دارد. معرف- ماده ای با ساختار ساده تر در واکنش شرکت می کند. لایه- یک ماده اولیه با ساختار پیچیده تر. گروه خروجییک یون قابل تعویض است که به کربن پیوند داده شده است. محصول واکنش- ماده جدید حاوی کربن (که در سمت راست معادله واکنش نوشته شده است).

به معرف های نوکلئوفیلیک(نوکلئوفیل ها) شامل یون های دارای بار منفی، ترکیباتی با جفت الکترون های تنها، ترکیباتی با پیوندهای دوگانه کربن-کربن است. به معرف های الکتروفیلیک(الکتروفیل ها) شامل یون های با بار مثبت، ترکیبات با پوسته های الکترونی پر نشده (AlCl 3، BF 3، FeCl 3)، ترکیبات با گروه های کربونیل، هالوژن ها هستند. الکتروفیل ها هر اتم، مولکول یا یونی هستند که قادر به افزودن یک جفت الکترون در فرآیند تشکیل یک پیوند جدید هستند. نیروی محرکه واکنش های یونی برهمکنش یون های دارای بار مخالف یا قطعات مولکول های مختلف با بار جزئی (+ و –) است.

نمونه هایی از انواع مختلف واکنش های یونی

جایگزینی هسته دوست :

جایگزینی الکتروفیلیک :

افزودن هسته دوست (CN – ابتدا اضافه می شود، سپس H +):

اتصال الکتروفیلیک (اول H + اضافه می شود، سپس X –):

حذف با عمل نوکلئوفیل ها (بازها) :

حذف به محض عمل الکتروفیل ها (اسیدها) :

نام پارامتر	معنی
موضوع مقاله:	مکانیسم های واکنش های آلی
روبریک (دسته موضوعی)	تحصیلات

طبقه بندی واکنش ها

چهار نوع واکنش اصلی وجود دارد که ترکیبات آلی در آنها شرکت می کنند: جایگزینی (جابجایی)، افزودن، حذف (حذف)، بازآرایی.

3.1 واکنش های جایگزینی

در واکنش نوع اول، جانشینی معمولاً در یک اتم کربن اتفاق می افتد، اما اتم جایگزین شده باید یک اتم هیدروژن یا یک اتم یا گروهی از اتم های دیگر باشد. در طول جایگزینی الکتروفیل، اتم هیدروژن اغلب جایگزین می شود. یک مثال جایگزینی کلاسیک معطر است:

با جایگزینی هسته دوست، این اتم هیدروژن نیست که اغلب جایگزین می شود، بلکه اتم های دیگر است، به عنوان مثال:

NC - + R−Br → NC−R +BR -

3.2 واکنش های افزایشی

بر اساس نوع گونه‌ای که فرآیند را آغاز می‌کنند، واکنش‌های افزودن نیز می‌توانند الکتروفیل، هسته دوست یا رادیکال باشند. اتصال به پیوندهای دوگانه کربن-کربن معمولی معمولاً توسط یک الکتروفیل یا رادیکال القا می شود. به عنوان مثال، افزودن HBr

ممکن است با حمله پیوند دوگانه توسط پروتون H+ یا رادیکال Br آغاز شود.

3.3 واکنش های حذف

واکنش‌های حذف اساساً معکوس واکنش‌های افزودن هستند. رایج ترین نوع چنین واکنشی حذف یک اتم هیدروژن و یک اتم یا گروه دیگر از اتم های کربن همسایه برای تشکیل آلکن است:

3.4 واکنش های بازآرایی

بازآرایی همچنین می تواند از طریق ترکیبات میانی که کاتیون ها، آنیون ها یا رادیکال ها هستند، رخ دهد. اغلب، این واکنش ها با تشکیل کربوکاتیون ها یا دیگر ذرات دارای کمبود الکترون رخ می دهد. بازآرایی ممکن است شامل بازسازی قابل توجهی از اسکلت کربن باشد. مرحله بازآرایی در چنین واکنش هایی اغلب با مراحل جایگزینی، افزودن یا حذف دنبال می شود که منجر به تشکیل محصول نهایی پایدار می شود.

توصیف دقیق یک واکنش شیمیایی بر اساس مراحل معمولاً مکانیسم نامیده می شود. از دیدگاه الکترونیکی، مکانیسم یک واکنش شیمیایی به عنوان روش شکستن پیوندهای کووالانسی در مولکول ها و دنباله ای از حالت هایی است که مواد واکنش دهنده قبل از تبدیل شدن به محصولات واکنش از آن عبور می کنند.

4.1 واکنش های رادیکال آزاد

واکنش های رادیکال آزاد فرآیندهای شیمیایی هستند که در آن مولکول هایی با الکترون های جفت نشده شرکت می کنند. جنبه های خاصی از واکنش های رادیکال آزاد در مقایسه با انواع دیگر واکنش ها منحصر به فرد است. تفاوت اصلی این است که بسیاری از واکنش های رادیکال آزاد، واکنش های زنجیره ای هستند. این بدان معنی است که مکانیسمی وجود دارد که توسط آن بسیاری از مولکول ها از طریق یک فرآیند تکراری که با ایجاد یک گونه واکنش دهنده آغاز می شود به یک محصول تبدیل می شوند. یک مثال معمولی با استفاده از مکانیسم فرضی زیر نشان داده شده است:

مرحله ای که در آن واسطه واکنش، در این مورد A· تولید می شود، معمولاً شروع نامیده می شود. این مرحله در دماهای بالا، تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش یا پراکسیدها، در حلال های غیر قطبی رخ می دهد. چهار معادله بعدی در این مثال دنباله دو واکنش را تکرار می کنند. آنها مرحله توسعه زنجیره را نشان می دهند. واکنش های زنجیره ای با طول زنجیره مشخص می شوند که با تعداد مراحل توسعه در هر مرحله شروع مطابقت دارد. مرحله دوم با سنتز همزمان ترکیب و تشکیل یک رادیکال جدید رخ می دهد که زنجیره تحولات را ادامه می دهد. آخرین مرحله مرحله خاتمه زنجیره است که شامل هر واکنشی است که در آن یکی از واسطه های واکنش لازم برای پیشرفت زنجیره از بین می رود. هر چه مراحل خاتمه زنجیر بیشتر باشد، طول زنجیره کوتاهتر می شود.

واکنش های رادیکال آزاد رخ می دهد: 1) در نور، در دمای بالا یا در حضور رادیکال هایی که در طی تجزیه مواد دیگر تشکیل می شوند. 2) توسط موادی مهار می شود که به راحتی با رادیکال های آزاد واکنش نشان می دهند. 3) در حلال های غیر قطبی یا در فاز بخار رخ می دهد. 4) اغلب قبل از شروع واکنش یک دوره اتوکاتالیستی و القایی دارند. 5) از نظر جنبشی زنجیره ای هستند.

واکنش های جایگزینی رادیکال مشخصه آلکان ها و واکنش های افزودن رادیکال مشخصه آلکن ها و آلکین ها است.

CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl

CH 3 -CH=CH 2 + HBr → CH 3 -CH 2 -CH 2 Br

CH 3 -C≡CH + HCl → CH 3 -CH=CHCl

اتصال رادیکال های آزاد با یکدیگر و خاتمه زنجیره عمدتاً بر روی دیواره های راکتور اتفاق می افتد.

4.2 واکنش های یونی

واکنش هایی که در آن رخ می دهد هترولیتیکشکستن پیوندها و تشکیل ذرات میانی از نوع یونی را واکنش های یونی می نامند.

واکنش‌های یونی رخ می‌دهد: 1) در حضور کاتالیزورها (اسیدها یا بازها و تحت تأثیر نور یا رادیکال‌های آزاد، به ویژه آنهایی که از تجزیه پراکسیدها به وجود می‌آیند) نیستند. 2) تحت تأثیر رادیکال های آزاد قرار نمی گیرند. 3) ماهیت حلال بر روند واکنش تأثیر می گذارد. 4) به ندرت در فاز بخار رخ می دهد. 5) از نظر جنبشی عمدتاً واکنش های درجه اول یا دوم هستند.

بر اساس ماهیت معرف عمل کننده بر روی مولکول، واکنش های یونی به دو دسته تقسیم می شوند الکتروفیلیکو هسته دوست. واکنش های جانشینی هسته دوست مشخصه آلکیل و آریل هالیدها هستند.

CH 3 Cl + H 2 O → CH 3 OH + HCl

C 6 H 5 -Cl + H 2 O → C 6 H 5 -OH + HCl

C 2 H 5 OH + HCl → C 2 H 5 Cl + H 2 O

C 2 H 5 NH 2 + CH 3 Cl → CH 3 -NH-C 2 H 5 + HCl

جایگزینی الکتروفیل - برای آلکان ها در حضور کاتالیزورها

CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 → CH 3 -CH(CH3)-CH2 -CH3

و عرصه ها

C 6 H 6 + HNO 3 + H 2 SO 4 → C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O

واکنش های افزودن الکتروفیل مشخصه آلکن ها است

CH 3 -CH=CH 2 + Br 2 → CH 3 -CHBr-CH 2 Br

و آلکین ها،

CH≡CH + Cl 2 → CHCl=CHCl

افزودن هسته دوست - برای آلکین ها.

CH 3 -C≡CH + C 2 H 5 OH + NaOH → CH 3 -C(OC 2 H 5) = CH 2

مکانیسم های واکنش های آلی - مفهوم و انواع. طبقه بندی و ویژگی های رده "مکانیسم های واکنش های آلی" 2017، 2018.